bài tập lớn nền móng

Chọn kích thước và cao độ mũi cọcCĐMC: Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tương đối lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất khá sâulớp đất

A's.f'y

Hình chiếu dọc trụ cầu Hình chiếu ngang trụ cầu

2 Điều kiện thủy văn và chiều dài nhịp

3 Điều kiện địa chất

Lớp2

Lớp3

TT Chỉtiêu

Đơnvị

Lớp1

Lớp2

Lớp3

CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT

Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:

γ : Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)

γs : Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m3

γn : Trọng lượng riêng của nước (γn = 9,81kN/m3)

1 Lớp số 1: Lớp đất sét màu xám vàng, nâu đỏ; lớp này có bề dày 2,5 m; cao độ mặt

lớp là 0,00 m; cao độ đáy là -2,5 m Lớp đất có độ ẩm W = 21,5%; độ bão hòa Sr = 93,2 Lớp đất ở trạng thái nửa cứng có độ sệt IL = 0,14

2 Lớp số 2: Lớp đất sét pha màu xám, trạng thái dẻo mềm; chiều dày 16,8 m; cao độ

mặt lớp là -2,50m; cao độ đáy là -19,30 m Lớp đất có độ ẩm W = 28.9%, độ bão hòa

Sr = 98,9 Lớp đất ở trạng thái mềm có độ sệt IL = 0,56

3 Lớp số 3: Lớp đất sét pha, màu xám vàng, nâu đỏ, chiều dày 14,7 m; cao độ mặt

lớp là -19,30 m, cao độ đáy lớp là -34,00 m Lớp đất có độ ẩm W = 15,8%; độ bão hòa

Sr = 100 Lớp đất ở trạng thái cứng có độ sệt IL <0

⇒ Nhận xét:

1- Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát tương đối phức tạp , có 3 lớp đất, các lớp đất có tính chất cơ lý rất khác nhau

2-Lớp đất số 1 là lớp đất dễ bị xói khi xây dựng trụ cầu tại đây

3-Lớp đất số 3 có chỉ số SPT tương đối lớn và chỉ số độ sệt Il < 0 nên đặt mũi cọc tại lớp này

⇒ Kiến nghị:

1- Với đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc đường kính nhỏ bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng dựa đầu cọc.2- Nên để cho cọc ngập vào trong lớp đất số 3 để tận dụng khả năng ma sát của cọc

PHẦN II : THIẾT KẾ KỸ THUẬT

I LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG

1 Lựa chọn các cao độ và các kích thước

Cao độ đỉnh trụ chọn như sau:

+ MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 4,40 (m)

+ Htt: Chiều cao thông thuyền, Htt= 3,50 (m).

CĐĐB : Cao độ đáy bệ

CĐMB : Cao độ mặt bệ

Hb : Chiều dày bệ móng

⇒ CĐĐB = 2,20 – 2,00 = 0,00 (m).

=> Vậy đáy bệ có cao độ là : CĐĐB = 0,00 (m).

1.4 Chọn kích thước và cao độ mũi cọc(CĐMC):

Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tương đối lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất khá sâu(lớp đất 3 có cao độ mặt lớp

là -19,30 m) và không phải là tầng đá gốc, nên ta chọn giải pháp móng là móng cọc ma sát BTCT

Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0,45.0,45 (m2)

Cọc được ngàm vào trong lớp đất thứ 3 là lớp đất sét pha ở trạng thái cứng và phải đảm bảo các điều kiện theo quy định(mũi cọc phải được ngàm vào lớp chịu lực tối thiểu là 5d = 2,25 (m)).Ta chọn cao độ đặt mũi cọc là :

1.4.2 Kiểm tra kích thước cọc:

Kích thước cọc phải thoả mãn yêu cầu về độ mảnh theo quy định :

⇒ Vậy kích thước cọc đã chọn thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh

Cọc được ngàm vào bệ 1,00 (m) ⇒Tổng chiều dài đúc cọc là :

2 Lập tổ hợp tải trọng tại đỉnh bệ ứng với MNTN

Số liệu đề cho như sau :

Ntt = 5800(kN) : Lực thẳng đứng theo TTGHSD do tĩnh tải tác dụng tại đỉnh trụ

Nht = 4000(kN) : Lực thẳng đứng theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng tại đỉnh trụ

Hht = 110(kN) : Lực ngang theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng theo phương ngang cầu

Mht = 700(kN.m) : Mômen theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng theo phương ngang cầu

bt = 24,50(kN/m3) : Trọng lượng riêng của bê tông

n = 9,81(kN/m3) : Trọng lượng riêng của nước

nh = 1,75 : Hệ số tải trọng do hoạt tải

2.1.3 Thể tích toàn phần của trụ( không kể bệ cọc ):

Thể tích toàn phần của trụ được xác định như sau :

2.2 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:

( có xét đến lực đẩy của nước)

2.2.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:

2.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:

2.3.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:

Pr : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu.

Qr : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền

Chú ý: Trong thực tế người ta sẽ thiết kế sao cho r

+ Cốt chủ : Chọn thép  22, bố trí 8 thanh xuyên suốt chiều dài cọc

+ Cốt đai : Chọn thép  8, bố trí ở giữa thân đốt khoảng cách bước của cốt thép đai là 15 cm, ở đầu và cuối mỗi đốt khoảng cách cốt thép đai dầy hơn, khoảng 5 cm, gần đầu mũi cọc cũng như gần đầu mỗi đốt bố trí khoảng cách này là 10 cm

Mặt cắt ngang cọc bê tông cốt thép

Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xướng qua các trục chính được xác định như sau :

Pr : Sức kháng lực dọc trục tính toán có hoặc không có uốn (N)

Pn : Sức kháng lực dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N)

f’

c : Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’

c = 30 (MPa)

fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa), fy = 420 (MPa)

Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt ( mm2)

Ast : Diện tích nguyên của các cốt thép (mm2)

ϕ : Hệ số sức kháng (ϕ= 0,75).

Ta có :

2450.450 202500( )

28.387 3096( )

3.2 Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền:

Sức kháng đỡ tính toán của các cọc QR được tính như sau :

qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa).

qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa)

ϕqs: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định.

- Nếu 25 kPa < Su < 75 kPa ⇒ α = −  − ÷

Su = Cuu = 48,9 kN/m2 = 48,9 kPa = 0.0489 MPa

⇒

αα

Su = Cuu = 21,3 (kN/m2) =21,3 (kPa) = 0,0213 (MPa).

⇒

αα

b D D

Su = Cuu = 49,7 (kN/m2) = 49,7 (kPa) = 0,0497 (MPa)

⇒

αα

Do đó ta chọn hệ số dính α = 0,753

Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 3 là :

2 0,753.49,7 37,42( / )

Do đó ta có bảng tính sức kháng thân cọc của các lớp đất như sau :

Tên lớp Chiều dày

(m)

Diện tích mặt cọc(m2)

Su : Cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc (MPa)

Theo đề ra ta có cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc là :

C yc

r

N n Q

®

⇒ Chọn số cọc thiết kế là : n = 28 (cọc).

4.2 Bố trí cọc trong móng:

Theo quy trình 22TCN 272-05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau :

- Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2,5d hay 750 mm lấy giá trị nào lớn hơn (d là đương kính cọc)

- Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ : ≥ 225 (mm).

(Thực tế khoảng cách từ mép cọc ra ngoài mép bệ lấy ≥ 250 (mm).)

Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí thẳng đứng trên mặt đứng, với các thông số :

+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 7 Khoảng cách tìm các hàng cọc theo phương dọc cầu là 1200 (mm)

+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4 Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu là 1200 (mm)

+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và ngang cầu là 500 (mm)

Ta có bố trị cọc trên mặt bằng:

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 17 Cầu Hầm _

5 Lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ

5.1 Kích thước bệ cọc sau khi đã bố trí cọc:

Theo phương dọc cầu:

B=a.(m-1)+2.c =1200.(4-1) + 2.500 = 4600 (mm).1Theo phương ngang cầu:

L=b.(n-1)+2.c =1200.(7-1)+2.500 = 8200 (mm).2Trong đó :

n = 4 : Số hàng cọc theo phương dọc cầu

m = 7 : Số hàng cọc theo phương ngang cầu

c1 = 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương dọc cầu

c2 = 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương ngang cầu

a = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu

b = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu

5.2 Tính thể tích bệ cọc:

= . =8 20 4 60 2 00 75 44, , , = , ( ).3

5.3 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:

5.3.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:

5.4 Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:

5.4.1 Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:

Nội lực tác dụng lên đầu cọc được tính toán bằng phần mềm PB-pier :

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 19 Cầu Hầm _

Max axial soil force 0.8257E+02 KN 1 0 13 Max lateral in X direction 0.8003E+01 KN 1 0 16 Max lateral in Y direction -0.5430E+01 KN 1 0 26 Max torsional soil force -0.9049E-02 KN-M 1 0 24

Kết luận : Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là : N max = 777,70 (kN).

Được thể hiện trên hình sau :

2 Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn

Công thức kiểm toán nội lực đầu cọc như sau :

3 Kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc

Công thức kiểm toán sức kháng dọc trục của nhóm cọc :

Q Q : Sức kháng đỡ dọc trục danh định của nhóm cọc trong đất dính, đất rời

Vì nhóm cọc nằm trong cả 3 lớp đều là đất dính nên ta xác định sức kháng dọc trục danh định của nhóm cọc như sau :

Q g = min{η×Tổng sức kháng dọc trục của các cọc đơn(Q

g1 ); Sức kháng trụ tương đương(Q g2 )}

η= 0,65 Với khoảng cách tim đến tim bằng 2,5 lần đường kính.

η= 1,00 Với khoảng cách tim đến tim bằng 6 lần đường kính.

Mà ta bố trí khoảng cách tim đến tim bằng

1200 8

450 =3

lần đường kính cọc do đó ta nội suy η

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 21 Cầu Hầm _

X : là chiều dài cạnh nhỏ của nhóm cọc X = 4,05( ).m

Y : là chiều dài cạnh lớn của nhóm cọc Y =7,65( ).m

Z : là chiều sâu của nhóm cọc Z = −( 1,90) (− −31,00) =29,10( ).m

NC : Là hệ số phụ thuộc tỷ số

Z X

Y u

S : Cường độ chịu cắt không thoát nước trung bình dọc theo chiều sâu của cọc(MPa)

Từ điều kiện địa chất đề ra ta có nhóm cọc đặt trong nền đăt dính có

Db = ( -1,90 ) - ( -31,00 ) = 29,10 (m)⇒

23

b

D

= 19,40 (m)

Ta đi tính lún cho các lớp đất từ đấy móng tương đương trở xuống

1.1 Xác định ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu,tính đến trọng tâm của lớp đất tính lún:

Ứng suất có hiệu do trọng lượng bản thân các lớp đất theo chiều sâu được xác định theo công thức :

' 0 1

n dni i i

( 2)

328,33 kN / m

=

1.2 Xác định ứng suất gia tăng do tải trọng ở trạng thái giới hạn sử dụng gây ra:

Độ tăng ứng suất có hiệu tại giữa lớp đất tính lún do tải trọng ở trạng thái sử dụng gây

ra được xác định theo công thức sau :

Bg : Chiều rộng trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng)

Lg : Chiều dài trên mặt bằng của nhóm cọc (Khoảng cách 2 mép cọc ngoài cùng)

328,33

11,49628,560

∆σ Lớp đất từ đấy lớp tính lún trở xuống coi

như không lún nữa

Nếu σ0' =σ'p⇒ Đất cố kết bình thường : =( + ) σσ

' ' 0

.log1

f c

.log1

f c

pc

Hc

e

Trong đó : Hc : Chiều cao của lớp đất chịu nén (mm)

e0 : Tỷ số rỗng tại ứng suất thẳng đứng hữu hiệu ban đầu

pc: Ứng suất hữu hiệu thẳng đứng không bao gồm ứng suất tăng thêm

do tải trọng của móng tại điểm giữa lớp đất đang xét (MPa)

Vậy độ lún của móng là : S c = 0 khi đế móng đưa lên một đoạn là 15,4 mm.

2 Kiểm toán chuyển vị ngang của đỉnh cọc

Sử dụng phần mềm tính toán nền móng FB-PIER ta tính được chuyển vị theo các phương dọc cầu (X), phương ngang cầu (Y), phương thẳng đứng (Z), tại vị trí đầu mỗi cọc như sau :

*** Maximum pile head displacements ***

Max displacement in axial 0.2337E-02 M 1 0 13

Max displacement in x 0.3402E-03 M 1 0 14

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 25 Cầu Hầm _

Max displacement in y 0.4751E-04 M 1 0 25

Kết luận :Chuyển vị ngang lớn nhất tại đỉnh cọc là :

1.1 Tính mô men theo sơ đồ cẩu cọc và treo cọc:

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax 1( ) =12,4 kN.m( )

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là : Mmax 1( ) =15 kN.m( )

1.1.2 Tính mô men lớn nhất trong cọc theo sơ đồ treo cọc:

12,4

Ta có mặt cắt có giá trị mô men lớn nhất là :

max 2

M 21, 44 kN.mVậy mô men lớn nhất dùng để bố trí cốt thép là :

Ta đi tính duyệt lại mặt cắt bất lợi nhất trong trường hợp bất lợi nhất là mặt cắt có

mô men lớn nhất trong trường hợp treo cọc:

⇒ fct =1,708 Mpa( ) < =fr 2,76 Mpa( ) ⇒Cột không bị nứt khi cẩu và treo cọc

• Tính duyệt khả năng chịu lực:

Nhận xét : Do cốt thép được bố trí đối xứng,mặt khác ta đã biết bê tông có cường độ chịu kéo nhỏ hơn nhiều so với cường độ chịu nén vì vậy trục trung hòa lệch về phía trên trục đối xứng như hính vẽ

Giả thiết tất cả các cốt thép đều chảy dẻo ⇒ fs' = =fs fy

Phương trình cân bằng nội lực theo phương trục dầm :

PHẠM TRUNG OÁNH Trang 29 Cầu Hầm _

f : Cường độ chịu nén của bê tông fc'= 30 (MPa).

fy : Cường độ chảy của côt thép fy = 420 (MPa)

a : Chiều cao vùng nén tương đương

b : Bề rộng cọc b = d = 450 (mm)

E : Mô đun đàn hồi của cốt thép E = 2.10 MPa 5( )

⇒Chiều cao vùng nén tương đương được xác định theo công thức :

0,836 Trục trung hòa lệch về phía trên là đúng.

Kiểm tra sự chảy dẻo của cốt thép chịu kéo và chịu nén theo điều kiện :

ε = − ≥ε =

s

y s2

d : Khoảng cách từ trọng tâm của cốt thép chịu nén đến thớ bê tông chịu nén ngoài cùng

Kiểm tra các điều kiện:

+) Lượng cốt thép tối đa:

1.4 Chi tiết cốt thép cứng mũi cọc:

Cốt thép mũi cọc có đường kính φ40 , với chiều dài 100 mm.

Đoạn nhô ra khỏi mũi cọc là 50 mm

1.5 Lưới cốt thép đầu cọc:

Ở đầu cọc bố trí một số lưới cốt thép đầu cọc có đường kính φ6 mm ,với mắt

lưới a = 50.50 mm Lưới được bố trí nhằm đảm bảo cho bê tông cọc không bị phá hoại

do chịu ứng suất cục bộ trong quá trình đóng cọc

1.6 Vành đai thép đầu cọc:

Đầu cọc được bọc bằng một vành đai thép bằng thép bản có chiều dày d = 10 mm nhằm mục đích bảo vệ bê tông đầu cọc không bị hỏng khi đóng cọc và ngoài ra còn có tác dụng để hàn nối các đốt cọc trong khi thi công với nhau

1.7 Cốt thép móc cẩu:

Cốt thép móc cẩu được chọn có đường kính φ22 Do cốt thép bố trí trong cọc rất

thừa vì vậy ta có thể sử dụng luôn cốt thép móc cẩu làm móc treo khi đó ta không cần phải làm móc thứ 3 tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công và để cọc trong bãi

Khoảng cách từ đầu mỗi đoạn cọc đến mỗi móc neo là a = 2,0 (m) = 2000 (mm)

Ta đi kiểm tra lại cẩu cọc và treo cọc: Ta chỉ cần kiểm tra lại với đoạn cọc có

V TÍNH MỐI NỐI THI CÔNG CỌC

Ta sử dụng mối nối hàn để nối các đoạn cọc lại với nhau.Mối nối phải đảm bảo cường độ mối nối tương đương hoặc lớn hơn cường độ cọc tại tiết diện có mối nối

Để nối các đốt cọc lại với nhau ta sử dụng 4 thép góc L-100.100.12 táp vào 4 góc

của cọc rồi sử dụng đường hàn để liên kết hai đầu cọc.Ngoài ra để tăng thêm an toàn cho mối nối ta sử dụng thêm 4 thép bản -500.500.10 được táp vào khoảng giữa hai thép góc để tăng chiều dài hàn nối

1.Tính toán mối nối cọc

1.1 Chọn đường hàn và kiểm toán mối hàn:

Chọn đường hàn có chiều dày w = 10 mm,được chế tạo bằng que hàn E70XX có cường độ Fexx = 540 MPa

Khả năng kháng cắt tính toán trên một đơn vị chiều dài đường hàn là :

⇒ Cường độ chịu cắt do đường hàn quyết định.

Tổng chiều dài đường hàn là :

P =19058, 4 kN >P =17008,36 kNVậy mối nối đảm bảo khả năng chịu lực

1.2 Tính toán chọn búa:

Lý do chọn búa: khi đóng cọc để dễ dàng quan sát độ chối của cọc khi thi công, hay để đảm bảo bê tông đầu cọc không bị phá hỏng khi đóng cọc do chọn búa có năng lực xung kích quá lớn

Qtt : Sức chịu tải thiết kế của cọc Qtt = 875,25 (kN)

E : Năng lực xung kích của búa(N.m)

Dùng loại búa thuỷ lực có số hiệu V100D6 có các thông số kỹ thuật như sau:

Năng lượng tối đa /một nhát búa :7200 KG.m

Một hành trình tối đa :1.2 m

Một hành trình tối thiểu: 0.2 m

Tốc độ đánh búa khi hành trình ,dài 1.2m

Trọng lượng thân trượt của búa: 6100 KG

Trọng lượng của đầu búa (không tính mũi) 9400 KG

Pgh : Sức chịu tải giới hạn của cọc

Q : Trọng lượng của quả búa

H :Chiều cao rơi búa

F : Diện tích mặt ngang cọc

q : Tổng trọng lượng cọc

n = 10 (daN/cm2): Hệ số kinh nghiệm (tra bảng)

K1 = 0,45 : Hệ số phục hồi sau va chạm ( xác định từ thực nghiệm)

e : Độ chối của cọc

( )

3 2

Vậy độ chối e = 0,15 mm/1 nhát búa đập

VI THIẾT KẾ TỔ CHỨC THI CÔNG

1 Đúc cọc

Lựa chọn vị trí thích hợp và giải phóng mặt bằng vị trí đúc cọc,khi chọn vị trí đúc cọc cần chú ý sao cho địa hình bằng phẳng ,đủ không gian để đúc hàng loạt cọc ,đủ chỗ chứa vật liệu gia công cốt thép ,điều kiện vận chuyển vật liệu…